L’infection par le cytomégalovirus (CMV) constitue une des complications majeures de la transplantation de moelle osseuse pédiatrique. Le ganciclovir (GCV) reste aujourd’hui le traitement de choix mais sa toxicité sur les cellules sanguines rend son utilisation délicate. L’objectif de l’étude était d’évaluer in vitro des schémas posologiques plus courts et plus intenses que ceux utilisés actuellement in vivo (traitements de 14 jours au minimum avec concentrations minimales plasmatiques cibles de 1-2 mg/L) en terme d’efficacité et de toxicité. L’influence de l’intensité (1 à 20 mg/L) et de la durée d’exposition (1 à 14 jours) sur l’activité antivirale et la toxicité a été étudiée à partir d’un modèle de culture de cellules lymphoblastoïdes, infectées ou non par le CMV. Une relation concentration/toxicité (numération cellulaire) a été mise en évidence pour des durées d’exposition supérieures à 2 jours. Cette toxicité semble liée à la formation de GCV triphosphate (métabolite actif), détecté par méthode chromatographique couplée à la spectrométrie de masse. Des expositions de 1 à 2 jours ont paru aussi efficaces (mesure de la charge virale) que des expositions plus longues pour des concentrations de 5 à 20 mg/L. Ces résultats montrent pour la première fois l’influence majeure de la durée d’exposition sur la toxicité cellulaire in vitro et incitent à limiter la durée des traitements. L’intégration des données dans un modèle mathématique permettra de déterminer un schéma thérapeutique optimal, à tester chez l’enfant dans le cadre d’un essai clinique. Il devrait permettre d’améliorer la prise en charge des infections à CMV chez l’enfant immunodéprimé. / Human cytomegalovirus infection is still a major complication after pediatric bone marrow transplantation and can be fatal in some cases. Ganciclovir (GCV) remains the standard treatment after pediatric bone marrow transplantation even though it has a high toxicity on hematological cells. The aim of the current in vitro study was to evaluate therapeutic schedules shorter but more intensive than those actually used in vivo (14 days with target through plasma concentrations between 1 and 2 mg/mL). The impact of the intensity (1 to 20 mg/L) and duration (1 to 14 days) of GCV exposure on toxicity and effectiveness has been studied based on lymphoblastoid cell culture; infected or not with CMV. A correlation between the dose of GCV exposure and toxicity (cell counting) was found when duration of exposure exceeds 2 days. Toxicity was due to metabolism of GCV as GCV triphosphate (detection by chromatographic method coupled with mass spectrometry). Shorter durations of exposure (1 and 2 days) seemed to be as effective (viral load measurement) as longer duration of exposure for GCV concentrations between 5 and 20 mg/L. This study demonstrates for the first time that GCV exhibits a duration-dependent toxicity on hematopoietic derived cells when in vivo doses of the drug are used. They show the interest to limit the duration of treatment. Results will be integrated in a mathematical model to determine the optimal therapeutic schedule. This new regimen will be tested in a paediatric clinical trial. It should improve CMV infection treatment in immune-depressed paediatric patients.

Les thiopurines sont des médicaments cytotoxiques et immunosuppresseurs largement prescrits, notamment dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Ils représentent l’un des meilleurs exemples d’application clinique de la pharmacogénétique avec le dépistage du déficit en thiopurine S-méthyltransférase (TPMT), enzyme clé du métabolisme des thiopurines. La variabilité interindividuelle de la réponse à ces médicaments rend nécessaire leur optimisation thérapeutique. Ce travail de thèse a d’une part, analysé les relations entre activité TPMT et concentrations des métabolites thiopuriniques, et d’autre part, recherché des facteurs associés à la résistance aux thiopurines. A l’aide d’une base de données pharmacogénétiques hospitalière et d’une étude « PheWAS » à partir d’un entrepôt de données cliniques, nous avons analysé la distribution et la corrélation génotype-phénotype pour la TPMT, en lien avec les concentrations des métabolites thiopuriniques. Nous avons observé qu’une activité TPMT très élevée (phénotype « ultra-rapide ») était associée à des paramètres clinico-biologiques reflétant une maladie évolutive et un traitement inefficace dans les MICI. De plus, une étude clinique rétrospective dans les MICI pédiatriques a permis d’identifier des facteurs associés à la lymphopénie observée sous thiopurines. Enfin, à partir d’un modèle in vitro fondé sur des lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCL) sélectionnées, nous avons établi une signature transcriptomique, incluant 32 gènes, prédictive de la résistance aux thiopurines. Une analyse fonctionnelle bioinformatique a abouti à l’identification de voies métaboliques liées à la protéine p53 et au cycle cellulaire, ainsi que des mécanismes moléculaires associés à la résistance aux thiopurines. En conclusion, ce travail de thèse, qui a exploré la variabilité de réponse aux thiopurines et tout particulièrement la résistance à ces médicaments, propose des hypothèses pour l’individualisation et l’optimisation thérapeutique des thiopurines. / Thiopurines are cytotoxic and immunosuppressive drugs widely prescribed, mainly in inflammatory bowel disease (IBD). They constitute one of the best success story of pharmacogenetic implementation into clinical practice based on the screening of thiopurine S-methyltransferase (TPMT) deficiency, a key enzyme in thiopurine metabolism. Optimization of thiopurine response is challenging because of its large interindividual variability such as inefficacy and toxicities. This thesis has explored, on one hand, the relationships between TPMT activity and metabolite concentrations, and on the other hand, factors associated with thiopurine inefficacy. Using a primary care pharmacogenetic database, we first analyzed TPMT distribution and genotype-phenotype correlation, in relation with thiopurine metabolites in a large population. Using a PheWAS study based on a clinical data warehouse we then reported that a very high TPMT activity (“ultra-rapid” phenotype) was associated with parameters of active IBD and poor response to thiopurines. Furthermore, a retrospective study in pediatric IBD identified factors predicting the occurrence of lymphopenia during thiopurine therapy. Finally, using a lymphoblastoid cell line (LCL) in vitro model, we established a transcriptomic signature, including 32 genes predicting thiopurine cellular resistance. A bioinformatic functional analysis identified metabolic pathways in relation with p53 and cell cycle, as well as molecular mechanisms associated with thiopurine resistance. To conclude, this research work, focusing on the variability of thiopurine response and mainly therapeutic resistance, provides new hypotheses to individualize and optimize therapeutic response to thiopurines.

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs. / The self/nonself discrimination system of vertebrates allows detection and rejection of pathogens and allogeneic cells. It requires the surveillance of short peptides presented by major histocompatibility class I (MHC I) molecules on the cell surface. MHC I molecules are heterodimers that consist of a heavy chain produced by MHC genes and a light chain encoded by the β2-microglobulin gene. The peptides presented by MHC I molecules are collectively referred to as the MHC I immunopeptidome. We employed systems biology approaches to define the composition and cellular origin of the self MHC I immunopeptidome presented by B lymphoblastoid cells derived from two pairs of MHC-identical siblings. We found that the MHC I immunopeptidome is subject- and cell-specific, derives preferentially from abundant transcripts, is enriched in transcripts bearing microRNA response elements and shows no bias toward invariant vs. polymorphic genomic sequences. We also developed a novel personalized approach combining mass-spectrometry, next-generation sequencing and bioinformatics for high-throughput identification of MHC I peptides including those caused by nonsynonymous single nucleotide polymorphisms (ns-SNPs), termed minor histocompatibility antigens (MiHAs), which are the targets of allo-immune responses. Comparison of the genomic landscape of the immunopeptidome of MHC-identical siblings revealed that 0.5% of ns-SNPs were represented in the immunopeptidome and that 0.3% of the MHC I-peptide repertoire would be immunogenic for one of the siblings. We discovered new factors that shape the self MHC I immunopeptidome and present a novel strategy for the identification of MHC I-associated peptides that could greatly accelerate the development of MiHA-targeted immunotherapy.

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs. / The self/nonself discrimination system of vertebrates allows detection and rejection of pathogens and allogeneic cells. It requires the surveillance of short peptides presented by major histocompatibility class I (MHC I) molecules on the cell surface. MHC I molecules are heterodimers that consist of a heavy chain produced by MHC genes and a light chain encoded by the β2-microglobulin gene. The peptides presented by MHC I molecules are collectively referred to as the MHC I immunopeptidome. We employed systems biology approaches to define the composition and cellular origin of the self MHC I immunopeptidome presented by B lymphoblastoid cells derived from two pairs of MHC-identical siblings. We found that the MHC I immunopeptidome is subject- and cell-specific, derives preferentially from abundant transcripts, is enriched in transcripts bearing microRNA response elements and shows no bias toward invariant vs. polymorphic genomic sequences. We also developed a novel personalized approach combining mass-spectrometry, next-generation sequencing and bioinformatics for high-throughput identification of MHC I peptides including those caused by nonsynonymous single nucleotide polymorphisms (ns-SNPs), termed minor histocompatibility antigens (MiHAs), which are the targets of allo-immune responses. Comparison of the genomic landscape of the immunopeptidome of MHC-identical siblings revealed that 0.5% of ns-SNPs were represented in the immunopeptidome and that 0.3% of the MHC I-peptide repertoire would be immunogenic for one of the siblings. We discovered new factors that shape the self MHC I immunopeptidome and present a novel strategy for the identification of MHC I-associated peptides that could greatly accelerate the development of MiHA-targeted immunotherapy.